微纳双重结构黑硅的制备及光电特性研究.pdf

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA博士学位论文DOCTORALDISSERTATION（电子科技大学图标）论文题目微纳双重结构黑硅的制备及光电特性研究学科专业光学工程学号200911050114作者姓名姜晶指导教师蒋亚东教授万方数据分类号密级注1UDC学位论文微纳双重结构黑硅的制备及光电特性研究（题名和副题名）姜晶（作者姓名）指导教师蒋亚东教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博士学科专业光学工程提交论文日期2013.4论文答辩日期2013.6学位授予单位和日期电子科技大学2013年6月2

2、7日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。万方数据THESTUDYOFPREPARATIONANDPHOTOELECTRICALPROPERTIESOFMICRO/NANOTWO-TIERSTRUCTUREDBLACKSILICONADoctorDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:OpticalEngineeringAuthor:JingJiangAdvisor:Prof.YadongJiangSchool:SchoolofOptoelec

3、tronicInformation万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容

4、编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日万方数据摘要摘要晶体硅由于易提纯，易掺杂，耐高温等优点在半导体行业中有非常广泛的应用，然而由于晶体硅的反射率高和对近红外光的吸收率低这两个特点，使基于晶体硅的传统光电探测器具有灵敏度低以及不能探测近红外光等缺点。黑硅是一种新型的硅材料，它的出现为克服这些缺点提供了基础。然而采用传统的高能飞秒激光辐射的方法制备黑硅具有成本高昂、难以大面积生产以及与现有的半导体集成电路制造工艺不兼容等缺陷，因此采用其他的新技术和方法制备黑硅成为目前研究的重

5、点和热点。本文以此为背景，提出了一种基于两步湿法腐蚀的微纳双重结构黑硅制备技术，并围绕微纳双重结构黑硅的制备与光电性能分析开展了大量的研究工作，主要包括以下几个方面：1.分别采用正交实验法优化了氢氧化钾碱腐蚀技术和金属催化酸腐蚀技术的工艺参数。通过碱腐蚀工艺前在硅片表面制备大小相等、排列规则的氮化硅圆掩膜阵列，得到在碱腐蚀处理后的硅片表面排列规则、大小相等的四面体尖锥阵列，这种尖锥阵列的存在，使得最终制备的微纳双重结构黑硅具有较好的规则性和均匀性，为单元探测器以至阵列探测器的制备提供了有利的条件。通过控制酸腐蚀工艺的腐蚀时间，可以在硅片表面得到具有不同的孔直径和孔深度的纳米孔结构，

6、这种纳米孔结构的存在，使微纳双重结构黑硅具有了更好的减反射和增吸收的性质。2.测试和比较了晶体硅、微米和纳米结构硅以及微纳双重结构黑硅在250-2500nm波段范围的光学性能。晶体硅表面在分别经过微米结构化、纳米结构化以及微纳双重结构化后，对入射光的反射率都大量减少，其中微纳双重结构的减反射效果最佳，纳米结构次之，微米结构最差。微纳双重结构黑硅对紫外-可见光的吸收率高达98%，比晶体硅在此波段的吸收率平均值高50%；对波长大于1100nm的近红外光的吸收率高达30%，比晶体硅在此波段的吸收率平均值高28%。3.对微纳双重结构黑硅的电学性能，包括微纳双重结构黑硅的金-半接触特性、微纳

7、双重结构黑硅的载流子浓度和迁移率以及电阻温度变化特性等进行了测试研究。在退火前，晶体硅表面在经过微纳双重结构化以后，与金属铝电极的接触特性有所改善。在退火后，晶体硅和微纳双重结构黑硅与铝电极的接触特性都I万方数据摘要有了不同程度的改善。晶体硅表面经过微纳双重结构化以后，载流子浓度和迁移率有所下降，电阻温度系数由正数值变成了负数值，且负数绝对值随着纳米结构的腐蚀时间增加而逐渐增大，体现了微纳双重结构黑硅的电阻温度系数的可调节性。当腐蚀时间为7分钟时，微纳双重结构黑硅在3